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      串馈型甲类功放的一个缺点是效率低，另一个缺点是，会有大量的直流电流分量经过负载R_L，有时候我们在负载上仅仅需要被放大的交流分量，而不需要直流分量（比如扬声器）。这时就可以使用变压器耦合型甲类功放。

      变压器耦合型甲类功率放大器使用变压器耦合输出到负载，负载仅能收到放大的交流信号，而没有直流分量。其另一个好处是功率效率最大能达到50%，一个基本的变压器耦合甲类功放电路如下图所示：

图5-03.01 

 

 

1. 直流分析

      当没有输入电压V_i时，电路处于直流工作状态，此时的变压器中的电流没有交变，线圈绕组的电阻非常小（一般从零点几欧到几欧不等），次级线圈得不到任何功率，负载R_L完全收不到任何功率输出。由于变压器线圈的直流电阻非常小，使得直流负载线的斜率非常大，近似于垂直，我们可以将其近似视为一条竖直的直线，其与x轴的交点近似为V_CC，如下图所示：

图5-03.02 

      然后再对电路计算直流参量I_BQ，算出I_BQ后，直流负载线与这个I_BQ对应的输出曲线的交点即为静态工作点Q。

 

 

2. 交流分析

      当输入电压V_i为正弦小信号电压时，此时的情况就完全不一样了。正弦交变的V_i会使得集电极电流I_C也正弦交变，此时变压器就开始发挥作用，在变压器的次级线圈会感生出正弦电压，然后负载R_L的阻值会被映射到变压器初级，其映射到变压器初级的等效电阻值为：

      只要存在正弦输入V_i，R_L就会在变压器初级映射出R_L'的阻值，且这个阻值不随V_i的频率和幅度的变化而变化，总是呈现出一个固定值。因此，当存在交流输入信号V_i时，BJT晶体管的集电极就相当于接了一个阻值不变的电阻R_L'。这个电阻的特性是，只要存在交流输入信号V_i，它就相当于一个普通电阻那样存在；当没有交流输入信号V_i时，它就不存在（阻值变为近似于0）。

      因此，在存在交流输入信号V_i的情况下，由于集电极多了这个电阻R_L'，我们需要重新画一条负载线，如下图所示：

图5-03.03 

      一般的文献或模电书上都会将其称为：交流负载线。不过这个名词常常会令初学者感到困惑，严格来讲，它应该叫做：存在交流输入时R_L映射成固定电阻R_L'时的负载线，有点拗口，不过有助于厘清概念。

      现在来看这条交流负载线是如何得到的，由于这个共射电路仅存在一个集电极映射电阻R_L'，因此其斜率为-1/R_L'。根据变压器理论，当交流正弦输入V_i通过0点的瞬间，变压器的初级线圈感生出的电势也正好为0，因此，此时的瞬时i_B、i_C、v_CE正好等同于前面直流分析时计算出的I_B、I_C、V_CE，因此交流负载线会与静态工作点Q相交。利用斜率和Q点，我们就可以用作图法画出这条交流负载线，如上图5-03.03中所示。

      需要注意的是，由于变压器的初级线圈会产生感生电势，叠加上V_CC后，会使得交流负载线与x轴的交点大于V_CC。因此还要验证波动电压没有超过晶体管CE端的承受能力

 

 

3. 功率分析

 

● 输入功率：

      当时输入信号为0时，放大电路消耗的即为维持静态工作点的偏置功率，此时从电源获得的输入功率为：

      当存在输入信号时，从电源获得的电流I_C会在静态工作点上下波动，由于正弦信号的对称性，因此从电源获得的平均功率不变，仍然可用上式表示。

 

● 输出功率：

      当存在输入信号时，输出功率即为负载R_L上消耗的功率，一般我们用有效值（rms）来表示交流电压和交流电流，输出功率表达式为：

 

 

4. 效率分析

      在最理想情况时，负载能得到最大的电压波动范围，静态工作点处于输出曲线的中间位置，由于静态工作点我们已经确定为V_CC，那么最理想的情况时，交流负载线与x轴的交流为2V_CC、与y轴的交点为2I_CQ，此时可以最充分地利用交流负载线的全部范围且不使输出波形失真，如下图所示。

图5-03.04 

      在此理想情况下，输出电压有效值和输出电流有效值分别为：

      因此理论最大效率为：

      这个只是变压器耦合甲类功放的最理想情况上的理论最大效率，在实际应用中，一般很难使静态工作点正好位于交流负载线的正中位置，因此实际的变压器耦合甲类功放的工作效率都会低于50%。

     

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